微機(jī)-接口技術(shù)第八章

第八章外存儲(chǔ)器1．?dāng)?shù)據(jù)磁記錄方式：主要涉及不同的編碼方式，即按某種規(guī)律將二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換成介質(zhì)磁層相應(yīng)的磁化翻轉(zhuǎn)方式。2．外存儲(chǔ)器接口標(biāo)準(zhǔn)：主要講解早期、中期和近期臺(tái)式機(jī)硬盤接口和服務(wù)器SCSI接口。3．磁盤存儲(chǔ)器：包括軟盤存儲(chǔ)器和硬盤存儲(chǔ)器，講解磁盤存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)、相關(guān)信號(hào)及控制方法。4．光盤存儲(chǔ)器：講解光盤存儲(chǔ)器技術(shù)規(guī)范、數(shù)據(jù)讀寫方法。本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解外部存儲(chǔ)器，主要是軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器和光盤驅(qū)動(dòng)器的讀寫原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。1．?dāng)?shù)據(jù)磁記錄方式

—熟悉歸零制、不歸零制、調(diào)頻制、改進(jìn)調(diào)頻制和改進(jìn)的改進(jìn)調(diào)頻制的定義以及各種不同編碼方式的特點(diǎn)、2．外存儲(chǔ)器接口

—了解硬盤接口的工作方式，主要應(yīng)掌握中期、后期硬盤接口的改進(jìn)和特點(diǎn)，了解SCSI接口的總線標(biāo)準(zhǔn)。3．軟盤驅(qū)動(dòng)器

——了解軟盤驅(qū)動(dòng)器的讀寫控制方式、82077AA控制芯片的結(jié)構(gòu)、控制信號(hào)的產(chǎn)生方式，光磁軟盤的工作方式。4．硬盤驅(qū)動(dòng)器

——了解硬盤驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)、硬盤的溫徹斯特技術(shù)。熟悉磁盤陣列技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及磁盤陣列的冗余結(jié)構(gòu)。5．光盤驅(qū)動(dòng)器

—了解各類光盤的特點(diǎn)以及光驅(qū)的數(shù)據(jù)讀寫原理。通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)對(duì)外存儲(chǔ)器的基本功能、結(jié)構(gòu)、工作方式有一定的理解。8．1數(shù)據(jù)磁記錄方式和編碼技術(shù)常用的外存儲(chǔ)器有磁盤、磁帶和光盤，它們利用磁介質(zhì)和光介質(zhì)存儲(chǔ)信息。8．1．1數(shù)據(jù)磁記錄方式涂有磁性材料的塑料或金屬為磁性載體，軟磁盤使用聚碳酸脂材料記錄信息，硬磁盤使用合金鋁或玻璃鋼記錄信息。磁性載體上的磁層沿磁頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向形成記錄信息的路徑，稱為磁道，二進(jìn)制信息串形排列在每個(gè)磁道上。把待寫入的二進(jìn)制信息變成寫電流脈沖序列，加在磁頭線圈中產(chǎn)生不同方向的磁場(chǎng)，對(duì)磁性介質(zhì)進(jìn)行不同方向的磁化，寫入信息0和信息1。數(shù)據(jù)磁記錄方式是指利用某種規(guī)律將二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換成介質(zhì)磁層相應(yīng)的磁化翻轉(zhuǎn)方式。為提高存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)容量和存儲(chǔ)速度，相繼推出各種數(shù)據(jù)磁記錄編碼，選擇不同的記錄方式可獲得不同的效果。8．1．2數(shù)據(jù)磁記錄編碼技術(shù)磁表面記錄的信息是一系列的數(shù)據(jù)串。在非編碼記錄中，數(shù)據(jù)串為有效數(shù)據(jù)，在編碼記錄中，數(shù)據(jù)串中包含有效數(shù)據(jù)和同步時(shí)鐘。對(duì)數(shù)據(jù)系列和時(shí)鐘序列進(jìn)行編碼，產(chǎn)生不同的磁記錄方式。1．歸零制RZ歸零制：用脈沖的正、負(fù)表示二進(jìn)制信息

1

和

0。寫

1

時(shí)為正脈沖，寫0時(shí)為負(fù)脈沖，寫下一信息前電流波形歸零。改進(jìn)歸零制：用脈沖的有、無表示二進(jìn)制信息

1

和0。寫

1

時(shí)為正脈沖，寫0時(shí)無脈沖。其特點(diǎn)是記錄中每個(gè)數(shù)據(jù)位都對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖電平，即正、負(fù)或零電平。無數(shù)據(jù)脈沖時(shí)磁頭無電流，因此功耗小，但記錄密度低。2．不歸零制⑴不歸零制NRZ：寫

1

時(shí)為正向電流，寫

0

時(shí)為負(fù)向電流，記錄信息時(shí)電流總不歸零。8．1．2數(shù)據(jù)磁記錄編碼技術(shù)⑵逢1翻轉(zhuǎn)不歸零制NRZ–I：二進(jìn)制位為1時(shí)翻轉(zhuǎn)，為0時(shí)不翻轉(zhuǎn)。⑶異碼翻轉(zhuǎn)不歸零制NRZ–C：相鄰二進(jìn)制位不相同時(shí)翻轉(zhuǎn)。不歸零制的優(yōu)點(diǎn)是翻轉(zhuǎn)次數(shù)少，每位最多翻轉(zhuǎn)一次，編碼效率100%，但磁頭中總存在電流，功耗較大。3．FM制編碼方式FM

為調(diào)頻制，它將數(shù)據(jù)系列與時(shí)鐘序列疊加后再采用改進(jìn)歸零制方式進(jìn)行編碼，為1時(shí)有脈沖，為0時(shí)無脈沖。FM編碼中，每個(gè)位單元的起始位置是時(shí)鐘位，時(shí)鐘位永遠(yuǎn)為

1，出現(xiàn)脈沖。位單元的中線位置是數(shù)據(jù)位，為

1

時(shí)有脈沖，為

0

時(shí)無脈沖。在FM編碼中，數(shù)據(jù)1與數(shù)據(jù)0對(duì)應(yīng)的脈沖頻率不同，用脈沖頻率區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)

0

或

1，記錄數(shù)據(jù)

1

比記錄數(shù)據(jù)

0

的頻率快

2

倍。該方法又被稱為倍頻制或雙頻制。8．1．2數(shù)據(jù)磁記錄編碼技術(shù)FM編碼中，對(duì)應(yīng)每個(gè)數(shù)據(jù)位至少磁化翻轉(zhuǎn)一次，最多翻轉(zhuǎn)二次，故編碼效率為50%。FM具有很強(qiáng)的自同步能力，但存儲(chǔ)密度較低。4．MFM制編碼方式改進(jìn)調(diào)頻制，僅在相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)位均為0時(shí)才插入時(shí)鐘脈沖。這樣可減少磁翻轉(zhuǎn)次數(shù)，對(duì)應(yīng)每個(gè)數(shù)據(jù)位最多磁化翻轉(zhuǎn)一次，編碼效率為100%，可提高存儲(chǔ)密度。MFM制編碼方式有3種編碼頻率，分別對(duì)應(yīng)磁化翻轉(zhuǎn)周期T0、1.5T0、2T0，所以又稱為3頻制。5．M2FM制編碼方式改進(jìn)的改進(jìn)調(diào)頻制，與MFM的區(qū)別在于僅當(dāng)連續(xù)0的數(shù)目大于等于2時(shí)，在頭兩個(gè)0之間插入同步脈沖，以后每隔兩個(gè)0在下一個(gè)0的起始位置插入同步脈沖。M2FM制編碼方式有4種編碼頻率，分別對(duì)應(yīng)磁化翻轉(zhuǎn)周期T0、1.5T0、2T0、2.5T0，所以又稱為4頻制。其優(yōu)點(diǎn)是改善了帶寬、信噪比，編碼效率為100%，缺點(diǎn)是自同步能力差。6．GCR（4/5）編碼方式一種成組編碼方式。將數(shù)據(jù)位每4位分為1組，變換成5位記錄序列。每組或各組連接后的序列不允許出現(xiàn)2個(gè)以上0，由5位產(chǎn)生的32種序列中有17種滿足要求，取其中16種與16種數(shù)據(jù)位的組合一一對(duì)應(yīng)。GCR也屬于不歸零制，編碼效率為80%，有一定自同步能力。7．（d，k）RLL編碼方式游程長(zhǎng)度受限碼，是使記錄序列中兩個(gè)“1”之間“0”的個(gè)數(shù)受限制的編碼。其中d表示兩個(gè)“1”之間需要插入“0”的的最少個(gè)數(shù)，k表示兩個(gè)“1”之間需要插入“0”的的最多個(gè)數(shù)。RLL編碼中的d確定磁化翻轉(zhuǎn)最小時(shí)間間隔，即磁介質(zhì)記錄密度，k決定自同步時(shí)鐘信號(hào)定時(shí)精度。為減少脈沖擁擠效應(yīng)，在磁盤寫電路中，采用預(yù)補(bǔ)償方式，在磁盤中設(shè)置寫電流補(bǔ)償柱面，補(bǔ)償柱面內(nèi)、外用不同的電流脈沖。

8．1．2數(shù)據(jù)磁記錄編碼技術(shù)8．各記錄方式的特點(diǎn)RZ特點(diǎn)：記錄中每個(gè)數(shù)據(jù)位都對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖電平，即正、負(fù)或零電平。無數(shù)據(jù)脈沖時(shí)磁頭無電流，因此功耗小，但記錄密度低。NRZ特點(diǎn)：翻轉(zhuǎn)次數(shù)少，每位最多翻轉(zhuǎn)一次，編碼效率100%，抗干擾性能較好。但磁頭中總存在電流，功耗較大。FM特點(diǎn)：對(duì)應(yīng)每個(gè)數(shù)據(jù)位最多翻轉(zhuǎn)二次，編碼效率50%，具有自同步能力，但存儲(chǔ)密度低，通常用于低密度磁盤存儲(chǔ)器，如軟盤。MFM特點(diǎn)：對(duì)應(yīng)每個(gè)數(shù)據(jù)位最多翻轉(zhuǎn)一次，編碼效率100%，存儲(chǔ)密度較高，通常用于中密度磁盤存儲(chǔ)器，如早期硬盤。M2FM特點(diǎn)：改善了帶寬、信噪比，編碼效率100%，缺點(diǎn)是自同步能力差，通常用于高密度磁盤存儲(chǔ)器，如近期硬盤。8．1．2數(shù)據(jù)磁記錄編碼技術(shù)9．記錄方式的評(píng)價(jià)⑴編碼效率是指位密度與最大磁化翻轉(zhuǎn)密度之比，也就是指每次磁層狀態(tài)翻轉(zhuǎn)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息位的多少。⑵自同步能力是指從讀出數(shù)據(jù)（脈沖序列）中自動(dòng)提取同步信號(hào)（時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)）的能力。自同步能力的大小可以用最小磁化翻轉(zhuǎn)間隔與最大磁化翻轉(zhuǎn)間隔的比值R來衡量。R越大，自同步能力越高。⑶檢讀分辨能力是指磁記錄系統(tǒng)對(duì)讀出信號(hào)的分辨能力。⑷信息相關(guān)性是指漏讀或錯(cuò)讀一位是否會(huì)傳播誤碼，所以是衡量精度的指標(biāo)。8．1．2數(shù)據(jù)磁記錄編碼技術(shù)8．2硬盤存儲(chǔ)器接口標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)與外存進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)需遵從某種接口標(biāo)準(zhǔn)。主機(jī)與適配器之間通過系統(tǒng)總線連接，適配器與控制器之間通過系統(tǒng)級(jí)接口連接，而控制器與設(shè)備之間通過設(shè)備級(jí)接口連接。8．2．1ST506/412接口

希捷公司早期推出ST506

/

412

硬盤接口，主要用于5.25英寸溫盤。該接口采用兩組電纜線，其中一組傳輸數(shù)據(jù)，電纜線寬為20線，另外一組傳送控制信號(hào)，電纜線寬為34線。ST506/412接口分為菊花鏈?zhǔn)胶托切蛢煞N連接方式，可連接

4個(gè)硬盤。菊花鏈?zhǔn)竭B接用一組電纜（兩根），各硬盤用選擇跳線DS0~DS3區(qū)分，最遠(yuǎn)的硬盤加裝終端匹配電阻。星型連接需四組電纜，每個(gè)硬盤僅響應(yīng)所連接電纜的控制信號(hào)，每個(gè)硬盤上加裝終端匹配電阻。接口最大數(shù)據(jù)傳輸率為5MB

/

s，可連接硬盤最大容量102MB。8．2．1ST506/412接口ST506

/

412

接口最多支持

16

個(gè)記錄面，采用

MFM

編碼，支持

10Kb

/

英寸以下位密度。它的硬盤信號(hào)編碼器位于控制器一端，通過

MFM

編碼后的模擬信號(hào)通過硬盤數(shù)據(jù)連線傳送。由于模擬信號(hào)傳輸失真較大，因此難以保證模擬信號(hào)傳送的抗干擾性能。8．2．2ESDI接口ESDI接口是ST

–

506接口的一種增強(qiáng)方式，其接口方式與ST

–

506相似，最高數(shù)據(jù)傳輸率為

15MB

/

s，可靠性較高。它的硬盤信號(hào)編碼器位于驅(qū)動(dòng)器一端，采用NRZ編碼，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。ESDI支持步進(jìn)和串行兩種工作方式。步進(jìn)工作方式與ST

–

506/412相同，串行工作方式是為具有閉環(huán)伺服系統(tǒng)和音圈電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的，它能連接更多智能設(shè)備和更高性能設(shè)備，最多支持7個(gè)設(shè)備。8．2．3IDE接口1．IDE接口IDE接口使用了美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ATA指定的標(biāo)準(zhǔn)，稱為ATAIDE接口或簡(jiǎn)稱ATA接口。它采用一體化方式，將控制器與驅(qū)動(dòng)器集成在一起，采用單40芯電纜線連接，解決了早期接口的許多弊端。早期IDE接口位于適配器上，在微機(jī)發(fā)展過程中陸續(xù)推出ISA多功能卡和VESA多功能卡，卡上帶有1~2個(gè)IDE接口。后期IDE接口位于主板上，可直接連接硬盤。一個(gè)IDE接口可同時(shí)連接兩個(gè)硬盤。IDE接口連接硬盤最大容量

504MB，最大數(shù)據(jù)傳輸率

8.3MB

/

s，在486后期對(duì)IDE進(jìn)行改進(jìn)，推出EIDE接口。2．EIDE接口EIDE為增強(qiáng)IDE接口，與IDE接口相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴提高數(shù)據(jù)傳輸率。在PIO模式下，接口最大數(shù)據(jù)傳輸率為16.6MB/s。后期推出UltraDMA模式，最高數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)133MB/s。8．2．3IDE接口⑵增加了硬盤容量。IDE接口容量受BIOS和IDE接口共同限制（見表8.3），采用硬盤物理參數(shù)HCS（磁頭、柱面、扇區(qū)），最大硬盤容量為磁頭數(shù)16×柱面數(shù)1024×扇區(qū)數(shù)63×扇區(qū)容量512=504MB。EIDE

采用自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式，將IDEHCS方式轉(zhuǎn)換成IDELBA（邏輯塊地址）方式，最大硬盤容量為255×1024×63×512=8.4GB。⑶可設(shè)定塊傳輸模式。一次傳送多個(gè)扇區(qū)，減少

CPU

中斷處理操作，降低了硬盤對(duì)CPU的占用率。⑷可連接設(shè)備數(shù)量較多。它提供2個(gè)通道（IDE0和IDE1），每個(gè)通道可連接2個(gè)設(shè)備，最多可連接4個(gè)IDE設(shè)備。⑸提供信息包接口

ATAPI（ATAPacketInterface）?？芍С制渌獠吭O(shè)備，如標(biāo)準(zhǔn)CD–ROM光驅(qū)和內(nèi)置磁帶機(jī)。開機(jī)自檢后運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序，BIOS可識(shí)別ATAPI設(shè)備，數(shù)據(jù)傳送可通過

DMA或

PIO方式進(jìn)行，采用哪種方式取決于

ATAPI特征寄存器內(nèi)容。8．2．4SATA接口2000

年推出SATA

接口，用于取代PATA。SATA1.0

數(shù)據(jù)傳輸率為

150MB

/

s，SATA2.0

為

300MB

/

s，SATA3.0

為

600MB

/

s。7

芯信號(hào)連接器通過電纜連接。15

芯電源連接器含

+

12V、+

5V和+

3.3V，早期從電源大D型插頭獲得+

12V和+

5V，所需的3.3V由硬盤上的線性調(diào)壓器產(chǎn)生，近期可直接連接SATA電源插頭。SATA

系統(tǒng)連接線可緊貼機(jī)箱壁饒行連接硬盤，使機(jī)箱內(nèi)部簡(jiǎn)潔。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議使硬盤不存在主從問題，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器獨(dú)享數(shù)據(jù)帶寬。早期無支持

SATA

功能主芯片組，只能使用板載芯片或

PCISATA控制卡?？刂瓶ㄓ蠸ATA150

TX2

Plus(兩個(gè)

SATA接口，一個(gè)

UltraDMA接口)和SATA150TX4(4

個(gè)

SATA接口)。后期推出支持

SATA

的主芯片組，如

VIA

公司的K8T800主芯片組(北橋?yàn)?/p>

K8T800，南橋?yàn)?/p>

VT8237)。在主板上帶有2~4個(gè)

SATA

硬盤接口，可直接連接SATA硬盤。早期SATA硬盤沒有專用SATA控制芯片，這種硬盤稱為“非原生硬盤”，為了支持串行傳送，在硬盤上加裝串

/

并轉(zhuǎn)換橋接器(88i8830)。88i8830接口速率最高僅為133MB/s，因此即使SATA數(shù)據(jù)傳輸率為150MB/s，實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸率也只能達(dá)到133MB/s。后來Maxtor推出全球第一款完全支持SATA1.0功能的“原生”SATA硬盤，它采用先進(jìn)的Agere硬盤控制芯片。通過該芯片，硬盤直接支持SATA1.0所有特性，包括NCQ(NativeCommandQueuing)、交錯(cuò)主軸啟動(dòng)、熱插拔及異步信號(hào)恢復(fù)。NCQ為全速命令排隊(duì)技術(shù)，通過對(duì)硬盤內(nèi)部隊(duì)列中的命令進(jìn)行重新排序?qū)崿F(xiàn)智能數(shù)據(jù)管理，改善硬盤因機(jī)械部件而受到的各種性能制約。NCQ技術(shù)是SATA規(guī)范中的重要組成部分，可提高硬盤多線程應(yīng)用能力，最多可對(duì)32個(gè)命令進(jìn)行優(yōu)化排列以提供最大的吞吐量與系統(tǒng)性能。8．2．4SATA接口8．2．5SCSI接口SCSI

為小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口，用并行方式連接適配器和控制器。1．SISC體系結(jié)構(gòu)在SCSI

設(shè)備中，至少有一個(gè)主設(shè)備（SCSI

主適配器，插在主機(jī)板

I

/

O

擴(kuò)展槽上）作為

SCSI

總線與系統(tǒng)總線之間的聯(lián)絡(luò)通路。除主設(shè)備外，可連接多個(gè)外設(shè)，如硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、內(nèi)置磁帶機(jī)等。SCSI總線具有智能體系結(jié)構(gòu)，總線上的設(shè)備分為啟動(dòng)器和目標(biāo)器，啟動(dòng)器是發(fā)出命令的設(shè)備，目標(biāo)器為接受并執(zhí)行命令的設(shè)備。SCSI

總線的操作為雙向?qū)Φ汝P(guān)系，總線上的所有設(shè)備可以相互通信。2．SCSI接口總線由數(shù)據(jù)DB7~DB0，奇偶校驗(yàn)DPB和控制、狀態(tài)線組成，以異步或同步方式工作，采用單端傳送或差分傳送。單端傳送為不平衡型，采用50芯電纜連接，抗干擾能力差，傳送距離近。差分傳送為平衡型，采用68芯電纜連接，抗干擾能力強(qiáng)，傳送距離遠(yuǎn)。8．2．5SCSI接口3．SCSI基本操作SCSI總線操作分為4個(gè)階段：實(shí)現(xiàn)總線設(shè)備

“規(guī)程交換”

過程的總線空閑階段、總線仲裁階段、選擇

/

重選階段，以及實(shí)現(xiàn)命令、數(shù)據(jù)、狀態(tài)和消息傳送的傳送階段。系統(tǒng)初啟時(shí)進(jìn)入空閑階段，再進(jìn)入仲裁階段，將設(shè)備

ID

號(hào)送往適配器，請(qǐng)求總線使用權(quán)。仲裁獲準(zhǔn)的設(shè)備控制總線，進(jìn)入選擇階段，選擇與之通信的設(shè)備。占用總線的啟動(dòng)器發(fā)送目標(biāo)器的

ID

編號(hào)，被選目標(biāo)器接管總線控制權(quán)，進(jìn)入信息傳送階段，完成I/O傳送。8．2．5SCSI接口重選階段用于多設(shè)備復(fù)用I

/

O通道，可提高總線效率。啟動(dòng)器發(fā)送命令后釋放總線，目標(biāo)器執(zhí)行命令，當(dāng)準(zhǔn)備就緒要傳送數(shù)據(jù)和狀態(tài)時(shí)必須再次占用總線，進(jìn)入重選階段，發(fā)送原啟動(dòng)器的ID號(hào)與啟動(dòng)器連接，實(shí)現(xiàn)信息傳送。

4．SCSI的高數(shù)據(jù)傳輸率SCSI

在異步和同步傳輸中都利用

REQ

請(qǐng)求和

應(yīng)答信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，在啟動(dòng)器和目標(biāo)器之間可傳送命令、數(shù)據(jù)、狀態(tài)和消息。在異步傳輸中，目標(biāo)器在準(zhǔn)備接收命令和準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)送

REQ

信號(hào)，啟動(dòng)器接收該信號(hào)后發(fā)送或接收數(shù)據(jù)并發(fā)送

信號(hào)，目標(biāo)器接收命令或發(fā)送數(shù)據(jù)后清除REQ，啟動(dòng)器確認(rèn)REQ無效后撤消‘。在同步傳輸中，目標(biāo)器在每個(gè)字節(jié)發(fā)送

REQ

信號(hào)，啟動(dòng)器同步發(fā)送

信號(hào)，允許兩個(gè)信號(hào)相互超前，從而提高數(shù)據(jù)傳輸率。8．2．5SCSI接口5．SCSI軟件采用SCSI接口的外設(shè)具有一定的智能，主機(jī)可用標(biāo)準(zhǔn)命令訪問外設(shè)，與外設(shè)的物理屬性無關(guān)。SCSI命令為6~12字節(jié)命令描述塊，命令的首字節(jié)為操作碼，包含3位組碼和5位命令碼，第二字節(jié)前3位為邏輯單元號(hào)，剩余位和其他字節(jié)表示邏輯塊首址、傳送長(zhǎng)度和參數(shù)表長(zhǎng)度等。最后一個(gè)字節(jié)為控制字節(jié)，它包含許多標(biāo)志，可以實(shí)現(xiàn)命令鏈接功能。6．SCSI的發(fā)展86

年推出標(biāo)準(zhǔn)

SCSI，94年推出

SCSI–2，對(duì)

SCSI

命令集進(jìn)行擴(kuò)充，并增加奇偶校驗(yàn)、總線仲裁、命令隊(duì)列等功能。使用公用命令集

CCS，改進(jìn)了

SCSI

的兼容性，增加了用于訪問

CD–ROM、磁帶機(jī)及可移動(dòng)硬盤的命令。8．2．5SCSI接口SCSI有兩種總線標(biāo)準(zhǔn)，一種是8位SCSI總線接口標(biāo)準(zhǔn)，總線線寬50線，可連接8個(gè)設(shè)備。另一種是16位SCSI總線接口標(biāo)準(zhǔn)，又稱Wide–SCSI，總線線寬68線。可連接16個(gè)設(shè)備。16位標(biāo)準(zhǔn)SCSI比8位標(biāo)準(zhǔn)SCSI的數(shù)據(jù)傳輸率快1倍。之后推出

SCSI–3（UltraSCSI）模式，數(shù)據(jù)傳輸速率40MB

/

s，主要是提高了總線數(shù)據(jù)傳輸率。另外SCSI–3還推出串行SCSI，改并行傳輸為串行傳輸，提高了傳輸距離和傳輸速度。目前串行SCSI主要用于主機(jī)之間、磁盤陣列與系統(tǒng)之間接口，以及連接掃描儀、激光打印機(jī)等高速設(shè)備。后期陸續(xù)推出Ultra2SCSI（數(shù)據(jù)傳輸速率80MB/s）、Ultra160SCSI（數(shù)據(jù)傳輸速率160MB/s），近期又推出Ultra320SCSI（數(shù)據(jù)傳輸速率320MB/s），進(jìn)一步提高了總線的數(shù)據(jù)傳輸率。8．3軟盤存儲(chǔ)器軟盤存儲(chǔ)器由軟盤、驅(qū)動(dòng)器和控制器組成。早期軟盤控制器為適配器，插接在I/O擴(kuò)展槽上，后期軟盤控制器集成在主板上。8．3．1軟盤驅(qū)動(dòng)器軟驅(qū)從功能角度可分為主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、磁頭定位系統(tǒng)和文件讀寫系統(tǒng)。目前微機(jī)上使用的軟盤驅(qū)動(dòng)器為1.44MB雙密雙面盤，磁盤基片采用聚碳酸脂材料制成，上面均勻地涂上一層磁性材料。磁盤裝入軟驅(qū)后，被上、下盤片夾夾住，由主軸電機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)盤片轉(zhuǎn)動(dòng)，盤片轉(zhuǎn)速為300~360轉(zhuǎn)/分，盤片相對(duì)于磁頭做水平方向運(yùn)動(dòng)。磁頭定位系統(tǒng)用于在垂直方向定位磁頭，由磁頭步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、起始道檢測(cè)電路組成。讀寫磁盤時(shí)由主機(jī)發(fā)送尋道命令，將磁頭運(yùn)行至數(shù)據(jù)所在磁道。00道檢測(cè)開關(guān)用于定位磁盤起始磁道，起始道稱為00道。8．3．1軟盤驅(qū)動(dòng)器文件讀寫系統(tǒng)包括讀寫磁頭和讀寫電路。磁頭由軟磁鐵和線圈構(gòu)成。寫數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭上通過不同方向的電流產(chǎn)生不同方向的磁場(chǎng)對(duì)磁介質(zhì)進(jìn)行不同方向的磁化，寫入0或1。讀數(shù)據(jù)時(shí)，磁化單元上的磁力線穿越磁頭線圈，在線圈中產(chǎn)生不同方向的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。磁頭對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正、負(fù)極性進(jìn)行判別，識(shí)別0信號(hào)和1信號(hào)。主軸轉(zhuǎn)盤一側(cè)安放索引檢測(cè)電路，磁盤每旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)索引脈沖，標(biāo)志主軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也標(biāo)志起始扇區(qū)。盤片左下角帶有寫保護(hù)窗，軟驅(qū)上配置寫保護(hù)電路。當(dāng)保護(hù)窗敞開時(shí)光敏三極管導(dǎo)通，標(biāo)志寫保護(hù)，禁止寫操作；當(dāng)保護(hù)窗封閉時(shí)光敏三極管截止，標(biāo)志寫允許，允許寫操作。

8．3．2軟盤控制器

軟盤控制器采用專用芯片82077AA，片內(nèi)含信號(hào)緩沖及接口信號(hào)驅(qū)動(dòng)?？芍С?個(gè)軟驅(qū)，另外它還帶有磁帶驅(qū)動(dòng)控制電路。8．3．2軟盤控制器1．82077AA結(jié)構(gòu)82077AA芯片上含8位數(shù)據(jù)總線信號(hào)DB7~DB0、片選、讀、寫控制信號(hào)、、寄存器選擇信號(hào)A2~A0等。芯片數(shù)據(jù)總線接口設(shè)置16個(gè)字節(jié)的FIFO緩沖區(qū)，當(dāng)容量達(dá)到程控容量限制值時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，表明必須進(jìn)行數(shù)據(jù)接收或傳送。82077AA自帶振蕩電路，用于片內(nèi)電路同步和數(shù)據(jù)傳送脈沖。軟盤接口電路包括接口控制、I

/

O緩沖、數(shù)據(jù)分割、串行接口邏輯和預(yù)補(bǔ)償電路。接口控制電路產(chǎn)生軟驅(qū)與微機(jī)接口控制信號(hào)。RDDATA輸入串行數(shù)據(jù)由分割電路接收，經(jīng)采樣后轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當(dāng)容量達(dá)到程控容量限制值時(shí)由MPU接收。MPU向軟驅(qū)寫入數(shù)據(jù)時(shí)通過預(yù)補(bǔ)償電路，再送WRDATA信號(hào)線。在寫入前檢測(cè)數(shù)據(jù)位偏移，進(jìn)行超前或滯后補(bǔ)償。8．3．2軟盤控制器2．82077AA引腳信號(hào)⑴主機(jī)接口信號(hào)除數(shù)據(jù)、地址、片選、讀寫信號(hào)之外，還包含復(fù)位RESET、DMA請(qǐng)求與應(yīng)答信號(hào)DRQ、、DMA傳送計(jì)數(shù)結(jié)束TC、非DMA中斷請(qǐng)求INT等。⑵磁盤控制信號(hào)與軟驅(qū)連接的信號(hào)。系統(tǒng)可連接4個(gè)軟驅(qū)，因此包含主軸電機(jī)選通ME0~ME3、驅(qū)動(dòng)器選擇DS0~DS3。除此之外還包含馬達(dá)步進(jìn)STEP、方向DIR、寫允許WE、磁盤改變DC、00道TRK0、寫保護(hù)WP、索引INDX、寫信號(hào)WRDATA等。⑶鎖相環(huán)信號(hào)包括讀數(shù)據(jù)RDDATA和其他用于數(shù)據(jù)分割的信號(hào)。8．3．3光磁軟盤光磁軟盤將光學(xué)技術(shù)與磁記錄技術(shù)相結(jié)合，用磁記錄技術(shù)讀寫數(shù)據(jù)，用光學(xué)技術(shù)伺服定位。具體做法是在磁道中間加入伺服光道，軟盤讀寫時(shí)，由紅外發(fā)光二極管發(fā)射光線照射盤面，利用光道上的發(fā)射光束精確定位磁道。光磁軟盤優(yōu)點(diǎn)如下：⑴提高容量，3.5英寸光磁軟盤最大容量為25MB。⑵兼容性好，可向下兼容，讀寫普通

720KB、1.44MB

和

2.88MB軟盤。⑶可靠性高，采用光學(xué)定位，避免磁頭偏移引發(fā)故障。⑷傳輸率高，比普通軟盤的數(shù)據(jù)傳輸率快4倍，讀寫速度快1倍，格式化快10倍。⑸安裝使用方便。安裝尺寸與3.5英寸軟驅(qū)相同，在機(jī)內(nèi)連接SCSI適配器。8．4硬盤存儲(chǔ)器硬盤存儲(chǔ)器用于存放操作系統(tǒng)和各種軟件。微機(jī)上常用的硬盤規(guī)格為3.5英寸、2.5英寸和1英寸，存儲(chǔ)容量為10MB~4TB。

8．4．1硬盤驅(qū)動(dòng)器1．基本結(jié)構(gòu)由盤片（組）、主軸電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、磁頭及定位機(jī)構(gòu)、讀/寫電路、接口和控制電路組成。硬盤的盤片用合金鋁或玻璃鋼制成，盤面上覆蓋磁介質(zhì)。加電后主軸電機(jī)帶動(dòng)盤片高速運(yùn)轉(zhuǎn)。磁盤讀寫時(shí)，由磁頭定位機(jī)構(gòu)將磁頭定位在讀寫磁道上方，由主軸電機(jī)的旋轉(zhuǎn)將讀寫扇區(qū)轉(zhuǎn)至磁頭下方，由讀寫電路通過磁頭讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)，讀寫原理與軟盤讀寫原理相同。盤片上由外向里等間距劃分多個(gè)磁道，每個(gè)磁道徑向劃分為多個(gè)扇區(qū)，不同盤面上的相同磁道組成柱面，不同盤面上的相同扇區(qū)組成簇，不同盤面上的磁頭同時(shí)完成對(duì)各扇區(qū)的并行讀寫。8．4．1硬盤驅(qū)動(dòng)器2．溫徹斯特（Winchester）技術(shù)將磁頭、盤片、主軸電機(jī)封裝在硬盤盤體內(nèi)，硬盤工作時(shí)盤片在密封的盤體中高速旋轉(zhuǎn)，利用磁頭與盤片相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的空氣氣墊使磁頭飛離盤片表面，懸浮在盤片上方。磁頭與盤片不接觸，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不損傷盤面。磁盤工作時(shí)磁頭與盤面距離很近，僅0.4~0.6μm，能保證數(shù)據(jù)讀寫的準(zhǔn)確性。由于采用接觸性啟停，可防止磁頭與盤片相互摩擦損壞磁頭或盤片，在盤片軸心附近設(shè)置停車區(qū)，用運(yùn)行程序或磁頭自動(dòng)鎖定技術(shù)使開機(jī)和關(guān)機(jī)瞬間磁頭位于停車區(qū)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)盤片和磁頭的保護(hù)。由于硬盤使用Winchester技術(shù)，當(dāng)年的硬盤被稱為溫盤。8．4．2硬盤相關(guān)信息1．硬盤相關(guān)參數(shù)⑴磁頭(Heads)硬盤為了提高存儲(chǔ)容量，在一個(gè)盤體內(nèi)設(shè)置1到n個(gè)盤片，磁頭數(shù)量為盤片數(shù)×2。⑵柱面(Cylinders)硬盤盤面劃分為多道，不同盤面的同一物理磁道組成一個(gè)柱面。⑶扇區(qū)(Sectors)用不同半徑將磁道劃分為若干弧段，每個(gè)弧段為一個(gè)扇區(qū)，內(nèi)含512個(gè)字節(jié)。扇區(qū)是磁盤文件讀、寫的最小單位，每次訪問磁盤都將讀、寫一個(gè)扇區(qū)。⑷著陸區(qū)(LANDZ)將磁盤數(shù)據(jù)區(qū)之外靠近軸心的環(huán)狀區(qū)域設(shè)置為著陸區(qū)，硬盤開啟和關(guān)閉期間磁頭位于著陸區(qū)，可保護(hù)磁頭和盤片，避免磨損。8．4．2硬盤相關(guān)信息⑸簇(Cluster)簇是磁盤文件空間分配的最小單位，理論上一個(gè)簇為同一柱面上不同盤面的同一個(gè)物理扇區(qū)。這種分配方法使得物理定位時(shí)間減少，訪問一個(gè)簇內(nèi)的各個(gè)扇區(qū)僅需一次定位。簇的大小由文件系統(tǒng)和硬盤分區(qū)容量決定。早期的FAT16文件系統(tǒng)可管理

216

=

65536

個(gè)簇。近期的

FAT32

文件系統(tǒng)、NTFS(WindowsNT文件系統(tǒng))可管理232=4G個(gè)簇?？晒芾泶靥?hào)越多，簇的容量就越小，但文件管理的難度就越大。⑹鏈(Chain)一個(gè)文件在磁盤上占用一個(gè)到多個(gè)簇，其物理位置不一定連續(xù)。在FAT中僅記錄文件首簇的位置，因此在每個(gè)簇的最后兩個(gè)單元存放鏈接標(biāo)志，指向后一個(gè)簇。第一個(gè)簇稱為鏈頭，最后一個(gè)簇稱為鏈尾，鏈尾帶有結(jié)束標(biāo)志，由簇組成鏈。每個(gè)文件對(duì)應(yīng)一個(gè)簇鏈。8．4．2硬盤相關(guān)信息2．硬盤參數(shù)設(shè)置CMOS中的硬盤參數(shù)設(shè)置主要使用前三個(gè)參數(shù)，即磁頭數(shù)Heads、柱面數(shù)Cylinders和扇區(qū)數(shù)Sectors，簡(jiǎn)稱HCS參數(shù)。CMOS中的硬盤參數(shù)設(shè)置在不同時(shí)期各有不同。早期需參考硬盤封面上的參數(shù)標(biāo)志用人工設(shè)置HCS物理參數(shù)。中期對(duì)硬盤進(jìn)行分類，每種硬盤對(duì)應(yīng)一種類型號(hào)，用戶按類型進(jìn)行設(shè)置，計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的參數(shù)。后期在CMOS設(shè)置中加入AUTODETECTHDDDRIVE選項(xiàng)，選中該選項(xiàng)后系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)硬盤邏輯參數(shù)，再由人工選擇硬盤工作模式即可。當(dāng)硬盤設(shè)置參數(shù)與硬盤實(shí)際參數(shù)不符時(shí)，在開機(jī)自檢時(shí)系統(tǒng)將提示硬盤出錯(cuò)信息。8．4．2硬盤相關(guān)信息3．硬盤技術(shù)指標(biāo)⑴存儲(chǔ)密度——道密度TPI（每英寸可容納磁道數(shù)量）、位密度bPI（每英寸可容納二進(jìn)制位數(shù)）、存儲(chǔ)密度（每平方英寸可容納二進(jìn)制字節(jié)數(shù)）。⑵存儲(chǔ)容量——硬盤存儲(chǔ)器中字節(jié)存儲(chǔ)單元的數(shù)量，單位MB或GB。硬盤存儲(chǔ)容量=512B×扇區(qū)數(shù)×柱面數(shù)×磁頭數(shù)⑶平均定位時(shí)間——包括平均尋道時(shí)間（將磁頭定位到指定磁道所需時(shí)間）和平均等待時(shí)間（將指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)至磁頭下方所需時(shí)間）⑷數(shù)據(jù)傳輸率——分為內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率（單位時(shí)間內(nèi)從指定扇區(qū)讀出數(shù)據(jù)送硬盤緩沖區(qū)或從硬盤緩沖區(qū)讀出數(shù)據(jù)寫入指定扇區(qū)的信息數(shù)量）和外部數(shù)據(jù)傳輸率（單位時(shí)間內(nèi)從硬盤數(shù)據(jù)緩沖區(qū)發(fā)送主存或從主存發(fā)送硬盤數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的信息數(shù)量），單位為KB/s或MB/s。8．4．3硬盤控制器硬盤控制器是主機(jī)與硬盤驅(qū)動(dòng)器之間的接口，它接收主機(jī)命令，向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送各種控制信號(hào)，并檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)硬盤與主機(jī)的數(shù)據(jù)交換。

1．硬盤控制器的功能⑴對(duì)主機(jī)與硬盤之間傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換和串/并轉(zhuǎn)換。⑵對(duì)寫數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，減少數(shù)據(jù)讀寫錯(cuò)誤。⑶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行ECC碼糾錯(cuò)，對(duì)地址進(jìn)行CRC碼糾錯(cuò)。⑷控制磁頭尋道和扇區(qū)定位。⑸控制對(duì)硬盤的讀寫和格式化。⑹具有DMA傳送數(shù)據(jù)的能力8．4．3硬盤控制器2．硬盤控制器組成⑴主機(jī)接口接收主機(jī)命令、參數(shù)和數(shù)據(jù)，向主機(jī)傳送命令執(zhí)行結(jié)果。硬盤控制程序位于控制器ROMBIOS中，硬盤操作產(chǎn)生INT13時(shí)執(zhí)行BIOS程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)器的控制。⑵智能控制電路由微處理器、DMA控制器、專用控制芯片、RAM和ROM組成。智能控制電路幾乎包含控制器的所有功能。⑶驅(qū)動(dòng)器接口由驅(qū)動(dòng)器控制電路（輸出驅(qū)動(dòng)）和狀態(tài)緩沖器（輸入緩沖）組成，實(shí)現(xiàn)智能電路與驅(qū)動(dòng)器之間的信號(hào)連接。8．4．4硬盤存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展微機(jī)硬盤經(jīng)歷了4個(gè)階段：溫盤、IDEPIO硬盤、EIDEUDMA硬盤、SATA硬盤。除此之外，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都有顯著的提高。1．磁頭定位為精確定位，磁頭驅(qū)動(dòng)從步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)到音圈電機(jī)，磁頭定位從開環(huán)控制到閉環(huán)控制，磁道定位從嵌入伺服到光伺服。2．容量擴(kuò)充早期硬盤為單磁頭。后期采用讀、寫分離磁阻磁頭。在磁場(chǎng)的激勵(lì)下阻值發(fā)生變化，其讀出幅度僅與磁化強(qiáng)度有關(guān)，適合于讀出窄磁道信號(hào)。早期溫盤存儲(chǔ)密度僅為3MB/平方英寸。中期IBM公司推出各項(xiàng)異性磁阻技術(shù)AMR，存儲(chǔ)密度為3GB/平方英寸。后期推出了巨磁阻技術(shù)GMR，存儲(chǔ)密度為10GB/平方英寸。目前正在醞釀光學(xué)輔助溫式技術(shù)OAW，記錄密度將提高到36GB/平方英寸以上。8．4．4硬盤存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展除了在磁頭上的更新之外，在磁盤記錄材料及處理技術(shù)方面也有了突破，采用這些措施，使硬盤容量進(jìn)一步提高。近期硬盤采用最大相似性技術(shù)PRML，運(yùn)用通信技術(shù)上的局部響應(yīng)原理抑制記錄位之間的干擾，避免因脈沖擁擠造成信號(hào)干擾，可大幅度提高存儲(chǔ)密度。3．?dāng)?shù)據(jù)保護(hù)使用自檢測(cè)、分析及報(bào)告技術(shù)S.M.A.R.T，對(duì)硬盤潛在的機(jī)械故障和電子故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，可提高數(shù)據(jù)安全性。S.M.A.R.T檢測(cè)對(duì)象包括磁頭、磁盤、馬達(dá)、電路等，將被檢測(cè)對(duì)象運(yùn)行情況與預(yù)設(shè)安全值進(jìn)行比較，當(dāng)測(cè)試值大于安全值時(shí)自動(dòng)報(bào)警。S.M.A.R.T無法排除故障，因此在新型硬盤中嵌入數(shù)據(jù)衛(wèi)士DL。硬盤每工作8小時(shí)啟動(dòng)DL，檢測(cè)扇區(qū)讀寫。若扇區(qū)數(shù)據(jù)有誤，則重寫扇區(qū)，再讀出校驗(yàn)，仍有錯(cuò)時(shí)標(biāo)志為壞扇區(qū)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存?zhèn)溆蒙葏^(qū)。8．4．4硬盤存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展后期又推出各種硬盤保護(hù)技術(shù)。包括昆騰的DPS保護(hù)技術(shù)，可自動(dòng)檢測(cè)硬盤扇區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生問題時(shí)，DPS可以在70秒內(nèi)自動(dòng)檢測(cè)并恢復(fù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。邁拓公司的MaxSafe保護(hù)技術(shù)，它可以自動(dòng)偵測(cè)、診斷和修正硬盤故障。希捷公司的DST技術(shù)，內(nèi)建在硬盤的固件中，提供數(shù)據(jù)的自我檢測(cè)和診斷功能。還有IBM公司的DFT技術(shù)，自動(dòng)對(duì)硬盤進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)錯(cuò)誤事件進(jìn)行登記。4．提高速度提高速度采用兩種方法。一種是提高主軸轉(zhuǎn)速，早期硬盤轉(zhuǎn)速為3600RPM，中、后期普通硬盤轉(zhuǎn)速提高至5400RPM和7200RPM，SCSI硬盤轉(zhuǎn)速提高至10KRPM和15KRPM。另一種是加大高速緩存容量，由早期的512KB增加到2MB、8MB、16MB、32MB。另外，改進(jìn)接口技術(shù)，采用磁盤陣列也可提高硬盤數(shù)據(jù)傳輸率。8．4．5磁盤陣列技術(shù)冗余廉價(jià)磁盤陣列

RAID

通過多個(gè)硬盤的協(xié)同工作組成磁盤陣列，可提高數(shù)據(jù)存取的性能和可靠性，其中系統(tǒng)冗余、數(shù)據(jù)容錯(cuò)和提高存取性能是該技術(shù)的核心。1．磁盤陣列技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)海量存儲(chǔ)能力：磁盤陣列由多個(gè)硬盤組成，容量可以成倍增加。高可靠性：在陣列中存放校驗(yàn)信息，增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。并行處理：采用?shù)據(jù)分塊和交叉存儲(chǔ)技術(shù)，提高數(shù)據(jù)并行處理能力。寫操作時(shí)，先將數(shù)據(jù)分塊，再通過多路通道寫入陣列；讀操作時(shí)，數(shù)據(jù)由各通道進(jìn)入緩沖區(qū)，再進(jìn)行聚合操作，拼接后傳送主機(jī)。便于維護(hù)：磁盤陣列運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，備份盤自動(dòng)啟動(dòng)，替代故障硬盤工作，并自動(dòng)恢復(fù)數(shù)據(jù)。采用熱插拔方式帶電更換故障設(shè)備。8．4．5磁盤陣列技術(shù)2．磁盤陣列的冗余結(jié)構(gòu)由多個(gè)磁盤構(gòu)成磁盤陣列。為提高可靠性，采用ECC糾錯(cuò)、奇偶校驗(yàn)和鏡象，將犧牲部分磁盤容量和I/O帶寬。⑴ECC糾錯(cuò)用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器偶發(fā)性可糾數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，保證硬盤數(shù)據(jù)傳送的完整性。⑵奇偶校驗(yàn)用于檢測(cè)不可糾數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，通過校驗(yàn)盤上的奇偶信息和其他數(shù)據(jù)盤數(shù)據(jù)信息再生正確數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失。⑶鏡象盤又稱熱備份，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)永久故障時(shí)，磁盤陣列可自動(dòng)進(jìn)行替換登記，并啟動(dòng)備份盤，將故障盤數(shù)據(jù)寫入再生備份盤。

3．磁盤陣列的容錯(cuò)結(jié)構(gòu)為滿足不同的要求，磁盤陣列主要采用以下容錯(cuò)結(jié)構(gòu)：⑴RAID–0：將數(shù)據(jù)均勻等量分塊，分別存儲(chǔ)在各驅(qū)動(dòng)器上。優(yōu)點(diǎn)是并行存取，缺點(diǎn)是不帶校驗(yàn)，可靠性差，硬盤使用率為100%。8．4．5磁盤陣列技術(shù)⑵RAID–1：母盤與子盤鏡象，對(duì)兩個(gè)盤存入相同信息，采用扇區(qū)級(jí)校驗(yàn)。優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，缺點(diǎn)是冗余量大，硬盤使用率50%。⑶RAID–0+1：結(jié)合RAID–0和RAID–1方式，對(duì)兩組RAID–0驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行RAID–1鏡象。⑷RAID–7：帶有智能化實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和存儲(chǔ)管理軟件工具，被稱為存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行時(shí)獨(dú)立于主機(jī)，不占用

CPU

資源。具有較高的存儲(chǔ)管理能力，并集其他RAID的優(yōu)點(diǎn)于一身。RAID–7采用非同步訪問架構(gòu)，為每個(gè)I/O接口設(shè)置專用高速通道，作為數(shù)據(jù)和控制信息流通路徑。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)讀寫指令進(jìn)行優(yōu)化處理，可預(yù)先獲取數(shù)據(jù)。用一個(gè)盤作為校驗(yàn)盤，其他數(shù)據(jù)盤進(jìn)行冗余計(jì)算實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。當(dāng)硬盤出錯(cuò)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)重建，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全。并可指出出錯(cuò)磁盤位置，采用熱拔插更換故障磁盤。8．4．5磁盤陣列技術(shù)RAID–7系統(tǒng)對(duì)電源部分帶有冗余容錯(cuò)，電源故障時(shí)，備份電源立即啟動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無中斷運(yùn)行。RAID–7通過SCSI接口可連接多臺(tái)計(jì)算機(jī)，支持多主機(jī)訪問，實(shí)現(xiàn)資源共享。所連接主機(jī)升級(jí)時(shí)，RAID–7不需變更，可節(jié)省升級(jí)費(fèi)用。RAID–7系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快，通過最小化訪問次數(shù)、優(yōu)化讀寫請(qǐng)求，可獲得接近內(nèi)存的I/O性能。除此之外還有RAID–2、RAID–3、RAID–4、RAID–5和RAID–6，但這些方式并不常用，因此不作詳細(xì)介紹。在微機(jī)中，通常使用RAID–0、RAID–1、RAID–0+1和RAID–7。在服務(wù)器上，RAID通過SCSI總線與主機(jī)連接。8．5光盤存儲(chǔ)器8．5．1光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展用于計(jì)算機(jī)的光存儲(chǔ)器包含光驅(qū)和光盤。光盤稱為致密盤CD（CompactDisk），記錄密度高，存儲(chǔ)格式按最大密度緊湊存放。由世界上多家著名公司聯(lián)合制定了CD光盤格式，對(duì)不同的光盤有不同的格式，采用不同的協(xié)議，為便于區(qū)分各種協(xié)議，協(xié)議書封面采用不同顏色。82年推出數(shù)字音頻光盤CD–DA，“紅皮書”制定了該光盤格式。在盤上可以存放數(shù)據(jù)和音頻信息。后期光盤都兼容了這種格式，依據(jù)光盤的起始扇區(qū)判別光盤信息類型。85年推出致密只讀光盤CD–ROM，“黃皮書”定義了MODE1和MODE2兩種模式，MODE1后來演變?yōu)镮SO9660CD–ROM標(biāo)準(zhǔn)。本年還用“藍(lán)皮書”制定了WORM光盤的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。86年出現(xiàn)交互式CD–I技術(shù)，92年推出的第二代CD–I，“綠皮書”制定了它的存儲(chǔ)格式。CD–I用于播放交互式視頻信號(hào)。8．5．1光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展87年出現(xiàn)交互式數(shù)字視頻

DVI

技術(shù)，視頻和音頻壓縮得以實(shí)現(xiàn)。88年推出只讀光盤擴(kuò)展結(jié)構(gòu)CD–ROMXA，91年推出XAⅡ，在光盤上可交叉存儲(chǔ)音頻信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。89年推出可記錄光盤CD–R和可讀寫光盤CD–RW，在特殊的光盤刻錄機(jī)上寫入信息，“橙皮書”規(guī)定了這類盤的存儲(chǔ)方法及格式。91

年推出

Photo

–CD，可按不同的分辨率存儲(chǔ)照片和底片，一張盤片可存儲(chǔ)上百?gòu)堈掌?、包括背景音樂、語(yǔ)言解說和文字說明。92年推出視頻光盤VCD，用于保存采用MPEG–1標(biāo)準(zhǔn)壓縮的聲音和視頻信號(hào)，一張

VCD

盤可以存儲(chǔ)

74

分鐘動(dòng)態(tài)圖象。配置

MPEG解壓卡或VCD

播放軟件后，可以通過

CD–ROM驅(qū)動(dòng)器讀取

VCD信息，重現(xiàn)聲音及視頻信號(hào)。“白皮書”規(guī)定了它們的存儲(chǔ)方法及格式。98年推出數(shù)字視頻光盤DVD，它采用MPEG

–

2圖象壓縮格式在盤上更大限度地存放聲音和視頻信號(hào)。DVD盤片厚度為VCD的一半，但存儲(chǔ)容量可達(dá)4.7GB，可以存放135分鐘的動(dòng)態(tài)圖象。8．5．2光盤存儲(chǔ)原理原則上，在光盤上記錄信息采用激光刻錄方式，由激光束在盤面上燒蝕出記錄數(shù)據(jù)的凹坑，用凹坑的邊沿記錄信息1，無凹坑或凹底部平坦區(qū)域記錄信息0。在光盤上讀出信息采用激光照射方式，利用激光反射讀取光盤數(shù)據(jù)。當(dāng)激光束照射平坦區(qū)域時(shí)，反射光線強(qiáng)，讀出信息為0，當(dāng)激光束照射凹坑邊界時(shí)，反射光線弱，讀出信息為1。1．只讀光盤微機(jī)用只讀光盤為

CD

–

ROM。光盤制作前進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理采用

8

–

14

調(diào)制編碼，將

8

位并行數(shù)據(jù)編碼成

14

位光軌道位，再采用

2，10RLL

編碼，在盤上生成光盤映象，并在文件和數(shù)據(jù)中插入同步、地址、數(shù)據(jù)類型、檢錯(cuò)碼和校正碼，按光盤格式順序存儲(chǔ)。為降低制作成本，先由激光刻錄形成主盤，經(jīng)噴鍍制成副盤（印模），副盤經(jīng)光致聚合作用制作用戶光盤。用微型凹坑邊沿記錄信息

1，平坦區(qū)域記錄信息0。8．5．2光盤存儲(chǔ)原理2．一次性寫入光盤微機(jī)用一次性寫入光盤為CD–R，可以一次性寫入信息。CD–R利用激光刻錄在光盤上燒蝕出記錄信息的凹坑，利用激光照射產(chǎn)生不同的反射率讀取信息0和信息1。3．讀寫光盤讀寫光盤分為磁光盤和相變光盤，記錄介質(zhì)和讀寫原理不相同。磁光盤存儲(chǔ)介質(zhì)為稀土過渡金屬GdGo（鈷化釓），特點(diǎn)是常溫下為鐵磁體，磁疇取向穩(wěn)定，當(dāng)溫度上升至居里溫度時(shí)為順磁體，矯頑能力為0，在偏置磁場(chǎng)作用下可輕易改變磁疇取向。寫入前，將光盤全盤加熱至居里溫度，再用高強(qiáng)度單向磁場(chǎng)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行初始磁化，使磁疇具有相同磁化方向，相當(dāng)存儲(chǔ)全“1”信息。寫0時(shí)采用激光局部加熱，再反向磁化方式寫入信息。清除時(shí)用激光局部加熱，再正向磁化方式清除信息。讀出時(shí)用偏振光檢測(cè)磁化方向，利用磁光效應(yīng)將磁化方向的變化轉(zhuǎn)換成光線強(qiáng)弱的變化，識(shí)別信息0和1。8．5．2光盤存儲(chǔ)原理相變光盤存儲(chǔ)介質(zhì)為

Re–Tm

晶態(tài)合金，這種材料在一定條件下會(huì)發(fā)生晶態(tài)—非晶態(tài)狀態(tài)變化，用兩種狀態(tài)表示數(shù)據(jù)

1

和

0。介質(zhì)初始狀態(tài)為晶態(tài)，相當(dāng)于存儲(chǔ)了全

1

信息。寫

0

時(shí)用高功率窄脈寬激光照射，使溫度上升至熔點(diǎn)，再聚冷使之變?yōu)榉蔷B(tài)，寫入

0

信息。擦除時(shí)用低功率寬脈寬激光照射使之緩慢加熱至低于熔點(diǎn)而高于非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度，使之還原為晶態(tài)，信息還原為

1。晶態(tài)與非晶態(tài)對(duì)光線的反射率差異較大，利用這種差異識(shí)別信息

0和

1。

8．6．3CD–ROM的規(guī)范

光盤上的光道為一根由盤心起始的螺旋線，光道上劃分333,000個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)2352字節(jié)，包含304個(gè)數(shù)據(jù)校驗(yàn)及相關(guān)信息字節(jié)，2048個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，光盤容量為650MB。扇區(qū)中的分塊有兩種模式。模式

1：存儲(chǔ)對(duì)誤碼率有嚴(yán)格要求的數(shù)據(jù)，一個(gè)扇區(qū)中包含以下字節(jié)塊：8．5．3CD–ROM的規(guī)范Sync：同步位，12個(gè)字節(jié)，用于檢測(cè)塊的起始。Header：頭標(biāo)，4個(gè)字節(jié)，第一字節(jié)存放分，第二字節(jié)存放秒，第三字節(jié)存放塊號(hào)，第四字節(jié)存放模式UserData：用戶數(shù)據(jù)，2048字節(jié)，存放有效數(shù)據(jù)。EDC：錯(cuò)誤檢測(cè)，4字節(jié)。Blanks：空白未用，8字節(jié)。ECC：糾錯(cuò)碼，276字節(jié)。模式2：存儲(chǔ)對(duì)誤碼率要求不高的數(shù)據(jù)，一個(gè)扇區(qū)中除12字節(jié)Sync和4字節(jié)Header之外，2336字節(jié)用于存放數(shù)據(jù)。最早的光驅(qū)每秒讀取75個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)2048字節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸率為2048×75=153.6KB/s≈150KB/s，接近聲音信息傳輸率176.4KB/s，因此以聲音的“倍”作為光驅(qū)基本傳輸單位，1“倍”=150KB/s

。后來陸續(xù)推出多倍速光驅(qū)，目前最高倍速為56倍。8．5．4操作系統(tǒng)對(duì)CD–ROM的支持CD

–

ROM文件系統(tǒng)與DOS文件系統(tǒng)差異較大，DOS無法用常規(guī)方法讀取CD–ROM上的文件，必須在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充。DOS使用擴(kuò)展程序MSCDEX.EXE讀取光盤文件。該程序?yàn)橥獠棵?，運(yùn)行后駐留內(nèi)存。MSCDEX.EXE

是一個(gè)與設(shè)備無關(guān)的擴(kuò)展器，通過

DOS設(shè)備驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)接口讀取光盤信息。CD–

ROM

驅(qū)動(dòng)器的設(shè)備名由系統(tǒng)配置文件CONFIG.SYS中的命令行決定，其語(yǔ)法為：DEVICE=光驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序所在路徑\xxxx.SYS/D：<Device-name>其中xxxx.SYS為光驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序，由廠家提供，前面為驅(qū)動(dòng)程序所在路徑，假設(shè)該程序位于C盤根目錄，則路徑為：C：\。/D：為命名參數(shù)，用于對(duì)光驅(qū)命名，Device–name為光驅(qū)名稱。MSCDEX命令行位于自動(dòng)程序AUTOEXEC.BAT中，語(yǔ)法為：MSCDEX[/V][/M：<Buffer>]/D：<Device-name>8．5．4操作系統(tǒng)對(duì)CD–ROM的支持參數(shù)/V為顯示參數(shù)，設(shè)置后在開機(jī)引導(dǎo)系統(tǒng)時(shí)會(huì)在屏幕上顯示有關(guān)光驅(qū)驅(qū)動(dòng)器名稱及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等信息。/M為緩沖區(qū)參數(shù)，Buffer為緩沖區(qū)數(shù)量，每個(gè)緩沖區(qū)容量為2KB。這兩個(gè)參數(shù)為可選項(xiàng)，/D參數(shù)為必選項(xiàng)，含義與CONFIG文件中含義相同。CONFIG.SYS和AUTOEXEC.BAT文件中的光驅(qū)名稱應(yīng)相同。8．6．5DVD技術(shù)DVD是繼CD–ROM后開發(fā)的一種新型光驅(qū)。早期的DVD為數(shù)字視頻光盤DigitalVideoDisc，后期改為數(shù)字多功能光盤DigitalVersatileDisc。與CD–ROM相比，DVD具有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴高密度DVD和CD–ROM工作方式相似，主要區(qū)別在激光頭上。DVD機(jī)采用紅色半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為0.65微米，CD–ROM激光器波長(zhǎng)為0.78微米。除此之外，DVD存儲(chǔ)密度大幅度增加。8．5．5DVD技術(shù)DVD分為DVD–ROM、DVD–Video、DVD–R和DVD–RAM四類。盤片有單面單層（4.7G）、單面雙層（9.4G）、雙面單層（8.5G）和雙面雙層（17G）4種規(guī)格。⑵高畫質(zhì)、音頻